寧夏灌區春小麥干熱風災害的時空特征

喇永昌，李麗平，張　磊

(1.南京信息工程大學，江蘇南京 210044； 2.石嘴山市惠農區氣象局，寧夏惠農 753200； 3.寧夏氣象科學研究所，寧夏銀川 750021)

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寧夏灌區春小麥干熱風災害的時空特征

喇永昌1,2，李麗平1，張磊3

(1.南京信息工程大學，江蘇南京 210044； 2.石嘴山市惠農區氣象局，寧夏惠農 753200； 3.寧夏氣象科學研究所，寧夏銀川 750021)

摘要：為給寧夏灌區春小麥干熱風防治提供參考，根據春小麥干熱風國家氣象行業標準，利用1981-2014年寧夏灌區16個氣象站的氣象資料，分析了當地春小麥高溫低濕型干熱風日數和天氣過程次數的時空分布特征。結果表明，近34年中干熱風日數與天氣過程次數均呈上升趨勢，且在1995年出現了突變；近24年中6月中旬干熱風日數增多，7月下旬減少，干熱風日出現的時間提前；2001-2010年干熱風日數和天氣過程次數最多。在寧夏灌區北部、東部和南部春小麥干熱風出現較多，其中大武口最多；春小麥干熱風日在寧夏灌區發生的區域呈擴大趨勢，但干熱風天氣過程發生區域2008年前呈擴大趨勢，2008年后呈縮小趨勢。為了減輕干熱風災害對春小麥的危害，在實際生產中，應采取長期治理生態環境和短期預防相結合的防治措施。

關鍵詞：春小麥；干熱風災害；時空特征

寧夏灌區深居內陸，位于我國西北東部寧夏中部以北地區，地處中溫帶干旱區，日照充足，溫差較大，熱量豐富，無霜期較長，干旱少雨，蒸發強烈。春小麥是寧夏灌區主要糧食作物之一。干熱風是影響寧夏灌區春小麥高產穩產的主要氣象災害之一，因此研究寧夏灌區春小麥干熱風災害的時空特征及防治對策，可為該區域糧食安全生產、防災減災及作物種植結構調整提供科學決策依據。

目前，諸多學者對干熱風的基本特征、變化規律等進行了大量的研究，也取得豐富的研究成果。研究表明，氣候暖干化使我國北方地區干熱風發生區域擴大，次數增多，強度增大，危害加重[1]。黃淮海地區干熱風年平均發生日數與過程次數總體表現為減少趨勢[2]。成林等[3]研究認為，河南各等級干熱風災害的頻率總體上是降低的，但是最近30年又有反彈趨勢，如1976-2005、1977-2006、1978-2007年間干熱風頻率呈增高趨勢。王明濤等[4]對山東省濱州市干熱風氣候特征研究發現,干熱風平均發生日數自北向南逐漸增加，干熱風日數存在6年的主要周期和16年次主要周期發生次數總體呈下降趨勢，但2000-2009 年出現次數比20世紀90年代略有上升。武萬里等[5]對1961-2004年寧夏灌區小麥6月、7月干熱風狀況統計分析的結果顯示，其次數也呈增加趨勢，發生區域呈擴大趨勢，造成干熱風次數顯著增加的主要原因是氣候變暖。以上研究成果對研究區域小麥干熱風災害的時空特征、變化規律、原因及防治對策探索均有著積極指導作用。然而，不同地區的不同時間段干熱風變化趨勢和特點差異明顯，因此需要不斷地根據新的數據資料分析和掌握小麥干熱風的變化動態，以指導干熱風防治工作。本研究利用近期最新的氣象資料，結合寧夏灌區灌水的時間特點，選取春小麥生長發育受干熱風影響的關鍵時間段，統計分析寧夏灌區春小麥干熱風災害的時空特征，以期為該地區春小麥高產穩產和防災減災提供參考。

1材料與方法

1.1材 料

氣象資料由寧夏回族自治區氣象局信息中心提供，采用寧夏灌區春小麥種植分布的16個氣象站近34年(1981-2014)6月11日至7月10日的逐日14時濕度、14時風速及每日最高氣溫。

1.2春小麥干熱風指標

本研究主要考慮高溫低濕型干熱風，采用中國氣象局2007年發布的氣象行業標準(QX/T82-2007)-《小麥干熱風災害等級》[7]中的寧夏平原春麥區的干熱風氣象指標作為統計依據。

輕干熱風日：TM≥32 ℃，r14≤30%，V14≥2 m·s-1；重干熱風日：TM≥34℃，r14≤25%，V14≥3 m·s-1。其中TM是日最高氣溫，r14是14時的空氣相對濕度，V14是14時的風速。干熱風日數為輕干熱風日數與重干熱風日數的總和。

干熱風天氣過程：連續出現≥2 d輕干熱風日為一次輕過程，連續2 d一輕一重干熱風日或出現一次重干熱風日也稱一次輕過程；連續出現≥2 d重干熱風日為一次重干熱風過程，在一次干熱風過程中出現2 d不連續重干熱風日或1個重干熱風日加2個以上輕干熱風日也稱一次重干熱風過程。

干熱風天氣過程次數為輕干熱風過程與重干熱風過程的次數總和。

1.3主要分析方法

主要用Mann-Kendall方法[13]檢驗分析突變現象，用氣候趨勢系數和傾向率[14]分析增長趨勢特征等。

2結果與分析

2.1干熱風日的時空分布特征

2.1.1干熱風日的空間分布特征

1981-2014年，寧夏灌區共出現干熱風1 928 d，平均每站每年出現3.5 d。其中，輕干熱風1 603 d，平均每年每站出現2.9 d；重干熱風325 d，平均每年每站出現0.6 d。寧夏灌區春小麥干熱風年均日數空間分布差異很大(圖1)，年均日數最多的是大武口，年均7.3 d；最少的是靈武站，年均1.7 d；灌區北部、東部、南部一帶的惠農、陶樂、中寧、鹽池、同心、韋州干熱風危害較重，年均在4.2～5.2 d；灌區中部和西部的賀蘭、平羅、吳忠、銀川、青銅峽、永寧、靈武、中衛、興仁9干熱風危害較輕，年均干熱風日1.8～2.9 d。總體來說，灌區中部、西部干熱風日數較少，北部、東部、南部干熱風日數較多。從出現干熱風日的年概率分布來看，大武口每年都會出現干熱風日；年概率最低的是中衛，年概率為50%，兩年一遇；惠農、陶樂、中寧、鹽池、同心、韋州的年概率為88%～97%；賀蘭、平羅的年概率均為82%；靈武、青銅峽、吳忠、興仁、銀川、永寧6站的年概率為65%～74%。各地干熱風年均日數與出現年概率的相關系數為0.89，通過了0.01的顯著性檢驗。

圖中數字為不同地點的干熱風年均日數

2.1.2干熱風出現日數的時間變化特征

1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風站均日數總體呈現波動性上升趨勢(圖2)，其趨勢系數為0.57，通過了0.01顯著性檢驗，其氣候傾向率為每10年1.4 d。但是在2008年之后干熱風日數呈現下降趨勢。其中，在2005年干熱風出現的日數最多，站均10.3 d，其次是2008年，站均8.7 d；1984與1989年干熱風出現日數最少，站均0.6 d。利用Mann-Kendall方法對寧夏灌區1981-2014年站均干熱風日數進行突變檢驗，結果(圖3)表明，寧夏灌區春小麥干熱風站均日數從1993年后呈現增加趨勢，但趨勢不明顯，沒有通過0.05顯著性檢驗。2001年之后增多趨勢明顯，通過了0.05顯著性檢驗(U0.05=1.96)，甚至超過了0.001顯著性檢驗(U0.001=2.56)，這表明寧夏灌區春小麥干熱風日數上升趨勢顯著。根據UF(k)和UB(k)曲線交點的位置，確定寧夏灌區春小麥干熱風日的突變發生在1995年。從34年中各旬出現干熱風日數的頻率來看，6月中旬占27%；6月下旬占38%；7月上旬占35%。通過對1981-2014年逐年出現干熱風日的站比率分析，干熱風發生的區域總體在寧夏灌區呈現出擴大趨勢。從年代分布分析，寧夏灌區1981-1990年占13%，年站均1.6 d；1991-2000年占26%，年站均3.1 d；2001-2010年占50%，年站均6 d;2011-2014年占11%，年站均3.4 d。2001-2010年干熱風發生日數最多，基本占34年干熱風發生日數的一半。從不同年代的各旬分布分析，1981-1990年，干熱風在6月下旬出現最多，占43%；6月中旬占22%。1991-2000年，干熱風在7月上旬出現最多，占44%；6月中旬占21%。2001-2010年，干熱風在6月下旬相對較多，占36%；6月中旬占31%，但各旬差異不大；2011-2014年，干熱風在6月下旬出現最多，占47%；6月中旬占31%，反而7月上旬減少，占21%。因此，在近24年中6月中旬干熱風發生日數隨著年代的后延而增多，7月上旬干熱風發生日數則逐年代減少。

圖2　　　1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風站

2.2干熱風天氣過程的時空分布特征

2.2.1干熱風天氣過程的空間分布特征

1981-2014年期間，寧夏灌區16站共發生干熱風天氣過程502次，平均每年每站發生0.9次(表1)。其中，輕干熱風天氣過程390次，占78%，平均每年每站發生0.7次；重干熱風天氣過程112次，占22%，平均每年每站發生0.2次。從空間上看，危害最重的是大武口，年均2次；危害較重的是惠農、陶樂、中寧、鹽池、同心、韋州6地，年均1.0～1.5次；危害最輕的是靈武，年均0.4次；其余8地危害較輕。總體上，寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程發生年均次數的空間分布與干熱風年均日數的空間分布是一致的。從干熱風天氣過程出現年概率分布分析，大武口和鹽池出現概率最大，約十年九遇；惠農、陶樂、中寧、同心、韋州出現年比率是62%～76%，約三年兩遇；永寧和靈武出現的年份最少，約五年一遇；賀蘭、平羅、吳忠、興仁約五年兩遇；銀川、中衛、青銅峽約三年一遇。

圖3　1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風站均日數M-K統計量曲線

地區Site年均次數Annualaveragetime年概率Annualfrequency/%地區Site年均次數Annualaveragetime年概率Annualfrequency/%大武口Dawukou2.091永寧Yongning0.524惠農Huinong1.362靈武Lingwu0.424賀蘭Helan0.644中衛Hongwei0.532平羅Pingluo0.844中寧Zhongning1.371吳忠Wuzhong0.741興仁Xingren0.438銀川Yinchuan0.632鹽池Yanchi1.485陶樂Taole1.068同心Tongxin1.574青銅峽Qingtongxia0.532韋州Weizhou1.476

2.2.2干熱風天氣過程的時間變化特征

1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程站均次數呈現波動性上升趨勢(圖4)，其趨勢系數為0.48，通過了0.01顯著性檢驗；其氣候傾向率為每10年0.3次。但是，從1982到1984年干熱風過程呈下降趨勢，2008年之后干熱風過程站均次數處于下降趨勢。其中，1984、1989、2014年出現最少，僅僅一個站出現1次，是危害最輕的年份；2008年出現最多，達到43站次，站均次數達到2.7次，屬于危害最嚴重的年份。干熱風天氣過程的變化趨勢與干熱風日變化趨勢總體上一致。利用Mann-Kendall方法對寧夏灌區16個站1981-2014年站均干熱風過程次數進行突變檢驗，結果(圖5)表明，2001年之后增加趨勢明顯，并通過了0.05顯著性檢驗(U0.05=1.96)，甚至超過了0.001顯著性檢驗(U0.001=2.56)，說明寧夏春小麥灌區干熱風上升趨勢顯著。根據UF(k)和UB(k)曲線交點的位置，確定寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程的突變出現在1995年。

從1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程出現的站數分布(圖6)看，在2008前寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程發生的區域呈波動擴大趨勢，但2008年之后呈明顯的縮小趨勢。

從年代分布看，在上世紀80年代平均每站每年0.4次，上世紀90年代平均每站每年0.8次，2001-2010年平均每站每年1.7次，2011-2014年平均每站每年0.8次。

圖4　　　1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程

圖5　1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程站均次數M-K統計量曲線

圖6　1981-2014年寧夏灌區春小麥干熱風天氣過程出現的站數

3討 論

本研究表明，寧夏灌區春小麥干熱風災害危害具有明顯的地域性，干熱風日數與干熱風天氣過程次數在空間分布上是一致的，其分布為灌區北部、東部、南部干熱風災害影響較重，并且大武口為最嚴重的地區；灌區的中部與西部干熱風災害影響較輕。近34年來寧夏灌區春小麥干熱風日數與干熱風天氣過程總體上呈現波動上升趨勢。在2001-2010期間干熱風日數和干熱風天氣過程次數均最多。干熱風日發生的區域及其范圍總體在寧夏灌區呈現出擴大趨勢。近24年6月中旬干熱風發生日數隨著年代的變遷而增多，7月上旬干熱風發生日數逐漸減少。這與武萬里等[5]研究結果對比，2004年之間相同研究時間段春小麥干熱風災害的基本特征是一致的。但是我們結合最新數據研究表明，目前干熱風處于一個下降趨勢，這種趨勢可能是波動性的下降。

分析上述結論出現的原因，寧夏灌區春小麥干熱風災害空間分布特征與局部地區的自然環境有關。大武口、惠農、陶樂、鹽池、韋州、同心、中寧地處沙漠邊緣，這加強了增溫減濕作用；中衛雖然地處沙漠邊緣，但干熱風災害很少發生，這主要與該地區多年大規模植樹造林、綠化治沙等改善環境有關。春小麥干熱風災害的時間分布特征主要與氣候變暖、降水等有關。武萬里等[5]研究認為，造成寧夏灌區干熱風次數顯著增加的原因是氣溫升高；尤鳳春等[15]也認為，干熱風的多少與同期平均氣溫呈正相關，與同期降水呈負相關。近50年寧夏灌區增溫趨勢明顯，年降水量處于波動減少趨勢，1980-1995 年為氣候波動期，而1995 年以后寧夏全區基本進入干旱期[16]，干旱發生的區域在擴大，其中2000-2010年干旱頻次迅速增加，降水量下降速率遠高于其他年代[17]。因此，干熱風時間變化變化特征與上述研究結論相對應。

在時空特征上，灌區春小麥干熱風災害有明顯的地區差異性和時間階段性，目前正處于下降趨勢和區域縮小階段，但是區域性和階段性的春小麥干熱風災害依然嚴重。為了防止或減輕其危害，在實際生產中，必須采取長期治理生態環境和短期預防相結合的防治措施，以達到治標治本的作用。具體措施為：

(1) 通過植樹造林、改善生態環境等調節麥區的小氣候，起到防風固沙，減小蒸發，從而減輕干熱風對春小麥的危害。

(2) 加強平整土地，提高灌溉水平，改良鹽堿地土壤等基本農田建設，提高干熱風災害的防御水平。

(3) 增強小麥抗逆性。施足底肥, 以滿足春小麥發育要求，培養壯苗，以增強植株抗逆性, 并在灌漿期間保持適宜的土壤水分, 有助于穩定粒重。

(4) 適時灌好麥黃水。在6月下旬灌麥黃水，要大水猛灌，以田間不留積水為準。注意天氣變化，刮風下雨停灌，防止雨后猛晴導致春小麥青枯現象的發生。

(5) 正確噴灑藥物[18]。在春小麥拔節期、孕穗前期噴灑草木灰水，配制濃度20%左右，將草木水澄清，去渣后噴灑；在春小麥抽穗期和開花期各噴灑1 次磷酸二氫鉀，配制濃度一般為0.2%～0.4%；在揚花后1 周噴灑NV、BN、ME、復合劑， 原液稀釋5 000倍，每公頃噴750 kg；在小麥灌漿期噴灑石油助長劑，配制濃度配制濃度為1 000 mg·kg-1。以上幾種方法有助于籽粒淀粉形成，使小麥灌漿速度加快，從而有效防御或減輕干熱風對春小麥的危害。

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Spatial and Temporal Characteristics of Dry-hot Wind Disaster for Spring Wheat in the Irrigated Areas of Ningxia

LA Yongchang1，2，LI Liping1，ZHANG Lei3

(1.Nanjing University Information Science&Technology，Nanjing，Jiangsu 210044,China;2.Meteorological Bureau of Huinong in Shizuishan City, Huinong, Ningxia 753200,China;3.Ningxia Institute of Meteorological Science Disaster，Yinchuan, Ningxia 750021,China)

Abstract:To provide reference for prevention and control of spring wheat dry-hot wind in the irrigation area of Ningxia,according to the meteorological occupation standard of dry-hot wind disaster for spring wheat, daily meteorological element data from 1981 to 2014 in late growth stage of spring wheat at 16 stations in the irrigated areas of Ningxia, which are being taken used for analyzing the spatial and temporal characteristics of high temperature and low humid days and dry-hot wind weather process.The results showed that: in the recent 34 years，dry-hot wind days and dry-hot wind weather process times are on the rise as a whole.In 1995, there was sharp rise, but it showed a trend of falling obviously after 2008.In the recent 24 years, dry-hot wind days increased in the middle of June, but decreased in late July, which means that the appearance of dry-hot wind days is ahead of time.Between 2001 and 2010, there were the most dry-hot wind days and process times.Dry-hot wind of spring wheat occurred frequently in the northern, eastern and southern of Ningxia irrigation areas and Dawukou is the most serious area.The region of dry-hot wind days and area showed a trend of expansion overall, but showed a trend of shrinking after 2008.In order to prevent or reduce the damages of dry-hot wind disasters to spring wheat, in actual production, the combined measures of the long-term management of ecological environment and short-term prevention must be taken.

Key words:Spring wheat; Dry-hot wind disaster; Spatial and temporal characteristics

中圖分類號：S512.1；S314

文獻標識碼：A

文章編號：1009-1041(2016)04-0516-07

通訊作者：李麗平(E-mail: liliping@nuist.edu.cn)

收稿日期：2015-11-24修回日期：2015-12-11

網絡出版時間：2016-04-01

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160401.1534.036.html

第一作者E-mail：lych1983@163.com